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JP5783185B2 - センサ出力設定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、流路の開度を調整するバルブの角度を検出するバルブ角度センサの出力特性を設定するセンサ出力設定方法に関する。特に、吸排気系に過給機を搭載する内燃機関に搭載される低圧EGRバルブの角度を検出するバルブ角度センサのセンサ出力設定方法に関する。
バルブ装置として、吸排気系に過給機を搭載する内燃機関に搭載されて、低圧EGR通路を開閉する低圧EGRバルブと、低圧EGRバルブの角度に応じた電気信号を出力するバルブ角度センサとを備えるものがある(例えば、特許文献1)。
ところで、従来、バルブ角度センサの出力特性の設定方法として、機械構造上の全閉位置であるメカ全閉位置における出力値と、機械構造上の全開位置であるメカ全開位置における出力値とを設定し、線形補間した角度−出力値関係を出力特性としていた。
すなわち、メカ全閉位置で所定の電圧Vcを出力するようにバルブ角度センサに書き込み、メカ全開位置で所定の電圧Voを出力するようにバルブ角度センサに書き込んでいた。
特開2011−32929号公報
ところが、図7に示す方法の場合、メカ全開位置での実際のバルブの回転角度(実角度)が製品毎にばらつくため、バルブ角度センサの出力特性が製品毎にばらついてしまうという問題がある。
例えば、理想的には、メカ全閉位置で実角度0deg、メカ全開位置で実角度θoであるところ、寸法誤差等の影響により、製品Aではメカ全開位置での実角度がθoよりも小さいθaであり、製品Bではメカ全開位置での実角度がθoよりも大きいθbとなっている場合がある。
この場合、メカ全開位置での出力値が一律にVoとなるようにバルブ角度センサに書き込むと、図7に示すように、製品Aや製品Bでの出力特性は、理想特性からずれてしまう。このため、出力特性が製品毎にばらつくことになる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、バルブ角度センサの出力特性設定方法において、出力特性が製品毎にばらつかないように設定することを目的とする。
本発明は、流路の開度を調整するバルブと、バルブの回転角度に応じた電気信号を出力するバルブ角度センサとを備えるバルブ装置におけるバルブ角度センサの出力特性を設定するための設定装置によって実行されるセンサ出力設定方法である。
センサ出力設定方法は、機械構造上の全開位置であるメカ全開位置におけるバルブ角度の実測値を実全開バルブ角度として記憶する記憶工程と、機械構造上の全閉位置であるメカ全閉位置における出力値を設定する第1設定工程と、記憶工程で記憶された実全開バルブ角度における出力値を設定する第2設定工程とを備える。
そして、出力特性は、第1設定工程で設定された出力値と第2設定工程で設定された出力値とに基づく角度−出力値関係として設定される。
これによれば、メカ全開位置での実角度のばらつきの影響を受けることなく、出力特性を理想特性に設定することができる。
内燃機関の吸排気システムの概略図である(実施例)。 低圧EGRバルブが全閉位置にあるときのバルブ装置の断面図である(実施例)。 低圧EGRバルブが全開位置にあるときのバルブ装置の断面図である(実施例)。 低圧EGRバルブのバルブ開度と吸気弁のバルブ開度との関係を示す相関図である(実施例)。 センサ出力設定方法の流れを説明するフロー図である(実施例)。 センサ出力設定方法を説明する説明図である(実施例)。 従来のセンサ出力設定方法とその問題点を説明する説明図である。
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
実施例を図1〜6を用いて説明する。
まず、本実施例のセンサ出力設定方法が適用される内燃機関の吸排気システムを図1を用いて説明する。
吸排気システムは、エンジン1に吸気を導く吸気通路2と、エンジン1から排気を排出するための排気通路3と、排気通路3に配される排気タービン4と吸気通路2に配されるコンプレッサ5とを有する過給機と、排気の一部を吸気通路2へ還流する高圧EGR装置及び低圧EGR装置とを備える。
吸気通路2には、吸気上流側から、吸気の異物を取り除くエアクリーナ8、過給機のコンプレッサ5、コンプレッサ5で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ9、吸気量を調整するスロットルバルブ10、所定の容積室を形成するサージタンク11等が配置されている。
排気通路3には、排気上流側から、過給機の排気タービン4、排気に含まれる粒子状物質(PM)を捕集するDPF12等が配されている。
排気タービン4は、排気のエネルギを回転力に変換するもので、コンプレッサ5は排気タービン4と同軸に連結され排気タービン4の回転力によって回転して吸気を圧縮するものである。
高圧EGR装置は、エンジン1から排出された直後の比較的高圧高温の排気の一部を高圧EGRガスとして吸気通路2へ還流させる装置である。
高圧EGR装置は、排気タービン4より排気上流側の排気通路3と、スロットルバルブ10よりも吸気下流側の吸気通路2とを接続する高圧EGR通路13と、高圧EGR通路13を流れる高圧EGRガスの流量を調整する高圧EGRバルブ14と、高圧EGRガスを冷却する高圧EGRクーラ15と、高圧EGRクーラ15を通過する経路と高圧EGRクーラ15をバイパスする経路との間を切り替える切替弁16とを有する。
低圧EGR装置は、比較的低圧低温の排気の一部を低圧EGRガスとして吸気通路2へ還流させる装置である。
低圧EGR装置は、排気タービン4より排気下流側(本実施例では、DPF12の下流側)の排気通路3と、コンプレッサ5より吸気上流側の吸気通路2とを接続する低圧EGR通路20と、低圧EGR通路20を流れる低圧EGRガスの流量を調整する低圧EGRバルブ21と、低圧EGRガスを冷却する低圧EGRクーラ22と、低圧EGRバルブ21の開閉操作に連動して低圧EGR通路20よりも吸気上流において吸気通路2の開度を調整する絞り弁23とを有する。
低圧EGRバルブ21と絞り弁23とは1つのアクチュエータによって駆動する1つのバルブ装置24としてユニット化されている。
バルブ装置24は、上記低圧EGRバルブ21と、上記絞り弁23と、低圧EGRバルブ21を駆動させる電動アクチュエータ25と、低圧EGRバルブ21の回転角度に応じた電気信号を出力するバルブ角度センサ26とを備える。
低圧EGRバルブ21は、シャフト28に固定されたバタフライバルブであり、シャフト28は低圧EGR通路20を形成するハウジングに回転自在に支持されている。
低圧EGRバルブ21は、低圧EGR通路20を閉鎖した状態が全閉状態であり、低圧EGR通路20の通路断面積を最大にした状態が全開状態である。
上記全閉状態と全開状態とは、電動アクチュエータ25により駆動される範囲での制御上の全閉位置と全開位置での状態である。
制御上の全閉位置と全開位置は、ストッパ等によって機械構造上に設定される全閉位置(メカ全閉位置と呼ぶ)と全開位置(メカ全開位置と呼ぶ)との間に設定されている。すなわち、メカ全閉位置は制御上の全開位置よりも開側に設定されており、バルブの機械構造上の可動範囲内において低圧EGR通路20の通路断面積を最大にする位置である。
電動アクチュエータ25は、例えば電動モータであり、動力伝達機構を介してシャフト28に回転駆動力を与える。電動アクチュエータ25は、例えばECU(図示せず)により通電制御される。
動力伝達機構は、電動モータの出力軸に設けられたピニオン31と、ピニオン31に噛み合う減速ギヤ32と、減速ギヤ32と一体に設けられて共通の中心軸周りに回転する小径ギヤ33と、小径ギヤ33と噛み合うバルブギヤ34とで構成される。バルブギヤ34はシャフト28に固定されており、電動モータの回転がシャフト28に伝達される。
バルブ角度センサ26は、低圧EGRバルブ21の回転角度を検出するものであり、一対のマグネットと、マグネットの近傍に配置されるホールICとを備え、マグネットの回転に対するホールICの出力変化特性を利用して低圧EGRバルブ21の回転角度を検出する非接触式の回転角度検出装置である。なお、ホールICの代わりに、ホール素子単体、磁気抵抗素子等の非接触式の磁気検出素子を使用してもよい。
絞り弁23は、シャフト36に固定されたバタフライバルブであり、シャフト36は吸気通路を形成するハウジングに回転自在に支持されている。絞り弁23は、低圧EGRガスの流量を増加させるために吸気通路2を絞るものであり、低圧EGR通路20と吸気通路2との接続部の吸気上流に設けられる。絞り弁23が吸気通路2の通路断面積を最も絞った状態が全閉状態であり、絞り弁23は吸気通路2の通路断面積を最大に開放した状態が全開状態である。
なお、絞り弁23は、排気通路3の低圧EGR通路20との接続部の排気下流側に設けられ、低圧EGRガスの流量を増加させるために排気通路3を絞るものであってもよい。
絞り弁23のシャフト36は、低圧EGRバルブ21のシャフト28と平行に設けられている。
シャフト28とシャフト36とはリンク機構を介して連結しており、電動モータによってシャフト28が回動するのに伴ってシャフト36が回動するように構成されている。
リンク機構は、シャフト28と一体に回転する駆動プレート38と、シャフト36と一体的に回転する従動プレート39とを有し、駆動プレート38に形成されたカム溝38aと、従動プレート39に形成されたピン39aとの係合によって構成されている。
カム溝38aのプロフィールは、低圧EGRバルブ21が全閉の際に絞り弁23が全開となり(図2参照)、低圧EGRバルブ21の角度が所定角度になってから、絞り弁23が閉弁方向に駆動し始め、低圧EGRバルブ21が全開状態の際に絞り弁23が全閉状態となる(図3参照)ように設定されている。
すなわち、図4に示すように、絞り弁23のバルブ開度は、低圧EGRバルブ21のバルブ開度変化に対して非線形に変化する。
ECUは、制御処理、演算処理を行うCPU、各種プログラムおよび各種データを保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータを有する。
ECUは、バルブ角度センサ26からのセンサ出力と、予め記憶されている所定の角度−流量相関とに基づいて所望の流量を得られるように電動アクチュエータ25へ制御信号を出力する。すなわち、バルブ角度センサ26からのセンサ出力が入力されて、バルブ角度センサ26によって検出されるバルブ角度が、所望の流量を得るために必要な目標値に略一致するように電動アクチュエータ25への制御信号(供給電力等)が生成される。
〔センサ出力設定方法について〕
バルブ角度センサ26はバルブ角度の大きさに応じて電圧を出力する。すなわち、所定の角度−電圧関係を出力特性としている。バルブ装置24を量産する場合に、バルブ装置24の個体によってバルブ角度センサ26の出力特性をばらつかないように、出力特性を所定の特性(理想特性)に設定することが好ましい。このためのバルブ角度センサ26の出力特性調整をセンサ出力設定という。センサ出力設定は、バルブ角度センサ26に外部機器(以下、設定装置40と呼ぶ)を接続して、設定装置40によって実施される。
本実施例のセンサ出力設定方法の流れを図5及び図6に基づいて説明する。
まず、メカ全開位置におけるバルブ角度の実測値を実全開バルブ角度として記憶する(S1)。設定装置40は、実全開バルブ角度を記憶するメモリを有する。例えば、製品Aのセンサ出力特性設定において、メカ全開位置での角度の実測値がθaの場合、θaを実全開バルブ角度として記憶する。なお、メカ全開位置の測定は、設定装置40ではなく、他の測定装置が行ない、実測値が設定装置40に入力されて、メモリに記憶される。
次に、メカ全閉位置における出力値を設定する(S2)。すなわち、メカ全開位置でのバルブ角度を0degとし、0degの際に電圧Vcを出力するように、(0,Vc)の点をバルブ角度センサ26に書き込む。
次に、S1で記憶された実全開バルブ角度θaにおける出力値を設定する(S3)。バルブ角度0degのときに電圧Vcで、バルブ角度θoのときに電圧Voを出力するようにし、その2点間を線形補間した角度−電圧関係を理想特性とすると、S3では、この理想特性になるように、実全開バルブ角度θaにおける出力値を設定する。すなわち、実全開バルブ角度θaにおいて、理想特性にのるような電圧Vaを出力するように、(θa,Va)の点をバルブ角度センサ26に書き込む。
以上の工程によって、出力特性が理想特性に設定される。すなわち、バルブ角度センサ26は、書き込まれた2点に基づいて算出できる角度−電圧関係の傾きに応じて電圧を出力するように設定される。
メカ全開位置で角度がθoよりも大きいθbとなる製品Bについても、同様に出力特性を理想特性に設定することができる。
〔実施例の作用効果〕
本実施例では、メカ全開位置におけるバルブ角度の実測値を実全開バルブ角度として記憶する記憶工程と、メカ全閉位置における出力値を設定する第1設定工程と、実全開バルブ角度における出力値を設定する第2設定工程とを備える。
これによれば、メカ全開位置での実角度のばらつきの影響を受けることなく、出力特性を理想特性に設定することができる。これにより、バルブ角度センサ26からの出力値の信頼性が向上し、バルブ開度の制御を高精度に行えるようになる。
また、本実施例では、バルブ装置24が、低圧EGRバルブ21に従動する絞り弁23を有している。駆動バルブに従動する従動バルブがある場合、駆動バルブのバルブ開度制御に誤差があると、従動バルブにも誤差が生じる。特に、本実施例のように、駆動バルブに対して従動バルブが非線形に駆動する場合、駆動バルブにどれほどの誤差が生じるのかの予測がしにくい。しかし、本実施例によれば、出力特性のばらつきを抑えることにより、駆動バルブである低圧EGRバルブ21のバルブ開度制御を高精度に行えるため、従動バルブである絞り弁23も高精度にバルブ開度制御できる。
〔変形例〕
本実施例では低圧EGRバルブ21の回転角度を検出するバルブ角度センサの出力設定を例に挙げたが、これに限定されず、例えば、スロットルバルブ10の回転角度を検出するバルブ角度センサの出力設定に本発明を適用してもよい。
20 低圧EGR通路
21 低圧EGRバルブ
24 バルブ装置
26 バルブ角度センサ

Claims (4)

  1. 流路(20)の開度を調整するバルブ(21)と、前記バルブ(21)の回転角度に応じた電気信号を出力するバルブ角度センサ(26)とを備えるバルブ装置(24)における前記バルブ角度センサ(26)の出力特性を設定するための設定装置(40)によって実行されるセンサ出力設定方法であって、
    機械構造上の全開位置であるメカ全開位置におけるバルブ角度の実測値を実全開バルブ角度として記憶する記憶工程と、
    機械構造上の全閉位置であるメカ全閉位置における出力値を設定する第1設定工程と、
    前記記憶工程で記憶された前記実全開バルブ角度における出力値を設定する第2設定工程とを備え、
    前記出力特性は、前記第1設定工程で設定された出力値と前記第2設定工程で設定された出力値とに基づく角度−出力値関係として設定されることを特徴とするセンサ出力設定方法。
  2. 請求項1に記載のセンサ出力設定方法において、
    前記バルブ装置(24)は、前記バルブ(21)の回動に伴ってリンク機構を介して回動して、前記バルブ(21)とは異なる流路の開度を調整する従動バルブ(23)を備えることを特徴とするセンサ出力設定方法。
  3. 請求項2に記載のセンサ出力設定方法において、
    前記バルブ装置(24)は、吸排気系に過給機を搭載する内燃機関に適用され、
    前記バルブ(21)は、前記過給機の排気タービン(4)より下流の排気通路(3)から排気の一部を低圧EGRガスとして取り込み、前記過給機のコンプレッサ(5)より上流の吸気通路(2)へ還流させる低圧EGR通路(20)の開度調整を行なう低圧EGRバルブ(21)であり、
    前記従動バルブ(23)は、前記排気通路(3)もしくは前記吸気通路(2)を絞ることによって低圧EGR通路(20)の低圧EGRガスの流量を増加させる絞り弁(23)であることを特徴とするセンサ出力設定方法。
  4. 請求項2または3に記載のセンサ出力設定方法において、
    前記従動バルブ(23)の開度は、前記バルブ(21)の開度変化に対して非線形に変化することを特徴とするセンサ出力設定方法。
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